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'우주에서 금이 어떻게 만들어졌나' 사상 첫 관측

[LA중앙일보] 발행 2017/10/17 미주판 12면 기사입력 2017/10/16 20:52

중성자 별 충돌 때 생겨나
국제공동연구팀 3500여명
8월 관측 충돌 전모 밝혀

2개의 중성자 별이 충돌해 우주에 금과 같은 무거운 물질과 중력파, X선, 감마선을 쏟아내는 모습을 묘사한 일러스트레이션. 지난 8월17일 국제공동연구팀에 관측됐다. [AP]

2개의 중성자 별이 충돌해 우주에 금과 같은 무거운 물질과 중력파, X선, 감마선을 쏟아내는 모습을 묘사한 일러스트레이션. 지난 8월17일 국제공동연구팀에 관측됐다. [AP]

금이 어떻게 만들어졌는지에 대해 완전히 밝혀지지는 않았지만, 우주 초창기에 별이 벼려냈다는 것 정도는 알려져 있다.

그러나 태양계에 존재하는 금의 양이 우주 초기 초신성 폭발 등으로 만들어진 금의 양보다 훨씬 더 많아 과학자들의 골머리를 앓게 했는데 지난해 하버드 스미스소니언 센터가 중성자 별이 충돌하는 과정에서 엄청난 양의 에너지를 쏟아내고 이 과정에서 실제 금이 만들어질 수 있다고 발표해 미스터리의 실마리가 풀렸다.

그런데 중성자 별 충돌 현상이 사상 최초로 중력파와 전자기파로 동시에 관측됐다. 라이고(LIGO)·비르고(VIRGO) 중력파 관측단 등을 포함한 국제공동연구팀은 16일 지난 8월17일 중성자별 충돌로 발생한 중력파와 전자기파 신호를 동시에 관측하는 데 사상 처음 성공했다고 발표했다.

중성자별은 질량이 무거운 별이 초신성 폭발을 하면서 외피를 모두 날려버린 후 중심부가 엄청난 밀도로 뭉쳐진 별을 가리킨다.

그런데 세계 45개국, 900여 기관에 소속된 3500여명의 과학자 연구팀이 중력파와 X선, 감마선, 광학 관측 등의 협동연구를 통해 중성자 별 2개가 충돌하는 과정을 관측해 충돌의 전모를 밝혀낸 것이다.

연구팀에 따르면 지난 8월 17일 오후 9시41분께 라이고·비르고 관측단이 중성자별 충돌에 따른 중력파 현상(GW170817)을 미국 2곳과 이탈리아 1곳에 있는 중력파 관측시설로 관찰했다.

중력파가 종료된 지 2초 후부터는 미국 항공우주국(NASA)의 페르미 감마선 전파망원경과 유럽우주관측소(ESO)의 인테그랄 감마선 전파망원경이 약 2초간의 짧고 약한 감마선 폭발 현상을 포착했다.

이어 약 11시간 후에는 약 1억3000만 광년 떨어진 은하 'NGC 4993'에서 이 중력파 현상에 대응하는 천체가 가시광선으로 관찰됐다. 당시 지구에서 관측한 겉보기 등급은 약 20등급이었다. 이는 맨눈으로 보이는 가장 희미한 별의 겉보기 등급(6등급)의 40만분의 1 수준이다.

중력파가 관측된 지 약 21시간 후부터 초기우주천체연구단 단장인 임명신 서울대 물리천문학부 교수가 이끄는 광학 연구진은 GW170817에 대한 추적 관측을 했다.

이런 추적조사를 통해 연구팀은 중성자별 두 개가 서로의 주변을 돌다가 충돌하면서 합쳐져 블랙홀이 되는 과정에서 중성자가 마구 튀어나오면서 금·백금·납·우라늄 등 무거운 원소들이 만들어지는 킬로노바 현상이 이론적 예측과 일치함을 밝혔다.

이번 관측 결과는 과학 학술지 네이처, 물리학 권위지 피지컬 리뷰 레터즈(PRL), 천체물리학 권위지 애스트로피지컬 저널 레터즈'(ApJL) 등에 논문 7편으로 나뉘어 실렸다.

연구에서처럼 우리가 가까이 보는 금은 바로 중성자 별이 충돌하면서 만들어져 우주공간을 떠돌다 태양계가 생성될 때 지구로 흘러들어 광맥을 이룬 것을 광부가 채취해 귀금속으로 만든 것이다.

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